Desain pesawat masa depan

Desain pesawat masa depan
Flying Wing = Sayap Terbang? Itu memang terjemahan bebasnya. Dan arti
yang sebenarnya memang tidak terlalu jauh berbeda. Flying Wing sebenarnya
merupakan istilah untuk desain pesawat terbang yang bentuknya menyerupai dua
sayap pesawat yang menyatu (blended-wing body). Desain pesawat masa depan
ini tidak memiliki bagian badan utama yang disebut fuselage dan ekor (tail)
seperti pada pesawat yang kita kenal saat ini. Pesawat unik ini benar-benar hanya
terdiri dari sayap saja, dan ternyata memang hanya sayap yang dibutuhkan.
Bentuk Flying Wing menyerupai boomerang, yang pada dasarnya memang
merupakan dua bilah sayap yang digabungkan menjadi satu unit. Rancangan
semacam ini sebenarnya tidak asing lagi untuk desain pesawat, tetapi selama ini
bentuk blended-wing body hanya digunakan untuk pesawat tempur dengan
teknologi stealth, yaitu pesawat yang bisa ‘menghilang’ karena tidak dapat
dideteksi oleh radar. Apa keistimewaan desain unik ini?
Gambar 1
Boomerang menjadi inspirasi desain Flying Wing
Gambar 2
Flying Wing khusus keperluan militer (B-2 Bomber)
Sebenarnya alasan utama yang melandasi ide untuk mengaplikasikan
desain yang biasa digunakan untuk keperluan militer ini adalah semakin
melonjaknya jumlah penumpang pesawat terbang setiap harinya. Alat transportasi
udara ini semakin digemari karena memungkinkan kita untuk berkeliaran di
seluruh dunia dalam waktu cepat. Perhitungan yang dilakukan oleh Federal
Aviation Administration (FAA) menunjukkan bahwa lonjakan penumpang
diperkirakan dapat mencapai 63% dari tahun 2000 sampai 2012. Ini berarti
volume penerbangan setiap harinya mesti ditingkatkan. Industri penerbangan
dunia harus cepat-cepat memutar otak supaya dapat memenuhi kebutuhan
transportasi udara ini. Yang pasti, penambahan jumlah penerbangan per hari tidak
banyak menyelesaikan masalah. Karena kita sendiri sering mengalami terjadinya
penundaan jadwal penerbangan, bahkan pembatalan penerbangan. Diperlukan
suatu solusi lain yang dapat membantu menyelesaikan permasalahan ini. Ini
saatnya para fisikawan menyumbangkan keahliannya!
Boeing yang dikenal sebagai penguasa industri penerbangan melakukan
kerjasama dengan NASA (National Aeronautics and Space Administration) untuk
mengembangkan kemungkinan aplikasi desain blended-wing body untuk pesawat
komersial. Mengapa blended-wing body? Karena dengan desain ini kapasitas
pesawat bisa ditingkatkan sampai 30%. Tentu saja! Pada flying wing hampir
seluruh bagian pesawat bisa diisi oleh penumpang. Pada pesawat yang ada saat ini
para penumpang hanya bisa menempati bagian badan utama pesawat (fuselage).
Bagian sayap sama sekali tidak bisa ditempati. Desain flying wing hanya terdiri
dari satu unit (hanya merupakan sayap) sehingga hampir semuanya bisa ditempati.
Dengan demikian, satu penerbangan saja bisa mengangkut sampai 800
penumpang sekaligus (bandingkan dengan Boeing 747-400 yang kapasitas
maksimumnya hanya 660 penumpang). Dengan lebar sayap yang mencapai 289 ft
(Boeing 747-400 hanya mencapai 211 ft) flying wing memiliki ruangan yang
sangat luas untuk ditempati penumpang (memiliki dua tingkat atau double-deck)
walaupun panjangnya hanya mencapai 160,8 ft (panjang pesawat Boeing 747-400
mencapai 232 ft) dan tingginya hanya 40,9 ft (tinggi pesawat Boeing 747-400
mencapai 63 ft). Kita dapat melihat perbandingan ukuran Flying Wing Jumbo Jet
dengan pesawat Boeing 747-400 pada Gambar 3.
Gambar 3
Perbandingan ukuran Flying Wing dengan Boeing 747-400
Bentuk pesawat yang hanya terdiri dari satu unit ini memiliki beberapa
keunggulan
lain
selain
kapasitas
penumpang.
Pesawat
biasa
perlu
memperhitungkan berbagai bentuk permukaan (permukaan fuselage, permukaan
sayap, dan permukaan ekor pesawat) yang sangat mempengaruhi besarnya gaya
angkat (lift) ke atas yang harus dihasilkan mesin pesawat. Flying wing hanya perlu
memperhitungkan satu jenis permukaan (karena hanya terdiri dari satu unit saja)
sehingga lift dapat dihasilkan oleh mesin dengan lebih mudah dan sederhana.
Apalagi kita tahu bahwa bagian pesawat yang paling banyak memberi kontribusi
dalam menghasilkan lift adalah bagian sayap. Jika seluruh pesawat berupa sayap,
berarti besarnya lift yang bisa dihasilkan dapat ditingkatkan juga.
Supaya pantas menyandang istilah pesawat masa depan, flying wing akan
diproduksi menggunakan bahan-bahan komposit canggih yang direkayasa secara
khusus. Bahan-bahan komposit ini dirancang supaya memiliki berat yang sangat
ringan (lightweight design) sehingga flying wing dapat menggunakan bahan bakar
secara lebih efisien (kebutuhan bahan bakar Boeing 747 sekitar 25% lebih banyak
dari flying wing jumbo jet ini). Fungsi empat mesin turbofan pada Boeing 747-400
digantikan oleh tiga mesin jet khusus yang memiliki rasio bypass yang tinggi
(high-bypass-ratio engines).
Ada beberapa yang masih menjadi sumber perhatian para peneliti. Dengan
ukuran sayap pesawat yang jauh lebih tebal dari sayap pesawat biasa, flying wing
harus mengatasi masalah hambatan udara (drag) yang lebih besar pula. Besarnya
hambatan udara sangat dipengaruhi oleh kecepatan pesawat (semakin tinggi
kecepatan pesawat, semakin besar pula drag yang harus diatasi) dan luas
permukaan yang tegak lurus arah gerakan fluida (berarti ketebalannya). Sayap
pesawat biasa yang sangat tipis menghasilkan drag yang jauh lebih kecil dari
flying wing saat meluncur di udara pada kecepatan sama. Dengan semakin
besarnya hambatan udara, flying wing harus memiliki mesin yang mampu
menghasilkan gaya dorong (thrust) yang lebih besar dan stabil supaya bisa
mengatasi hambatan udara tersebut. Penyempurnaan desain mesin inilah yang
sedang gencar dilakukan para peneliti di industri penerbangan dunia.
Masalah lainnya berkaitan dengan ukuran kabin pesawat yang jauh lebih
besar dibanding pesawat biasa. Pada pesawat yang ada saat ini, cabin
pressurization dapat dilakukan dengan mudah. Cabin pressurization atau
penambahan tekanan dalam kabin merupakan masalah yang sangat penting karena
pada posisi yang semakin tinggi dari permukaan laut, tekanan udara semakin
berkurang. Pesawat biasanya terbang pada ketinggian 30.000 ft dari permukaan
laut. Pada ketinggian ini tekanan udara mencapai 4,3 psi. Angka ini sangat kecil
jika dibandingkan tekanan udara di permukaan laut (14,7 psi) yang merupakan
kondisi yang dianggap normal oleh tubuh manusia. Supaya tubuh manusia dapat
bertahan pada ketinggian tersebut, tekanan pada kabin pesawat harus ditambah
(sampai mendekati tekanan udara yang normal bagi tubuh manusia, yaitu 14,7 psi).
Hal ini dilakukan dengan cara memompakan udara bertekanan tinggi ke dalam
kabin pesawat. Prinsipnya sama persis dengan pemompaan ban mobil untuk
menambah tekanannya. Semakin besar luas kabin semakin besar pula volume
udara tekanan tinggi yang harus dipompakan. Pada pesawat biasa udara
dikompresi oleh mesin jet pesawat sehingga didapatkan udara bertekanan tinggi.
Untuk kabin flying wing yang sangat luas sistem penambahan tekanan yang biasa
digunakan pada pesawat biasa tidak bisa diaplikasikan secara efektif. Berbagai
penelitian dilakukan untuk merancang sistem baru untuk proses penambahan
tekanan kabin yang luas ini.
Para peneliti memperkirakan semua rancangan flying wing jumbo jet ini
akan siap dalam waktu beberapa tahun saja. Tidak lama lagi kita akan bisa melihat
dan menikmati penerbangan yang menggunakan pesawat-pesawat yang mirip
pesawat tempur B-2 Bomber ini. Tentu saja ukuran flying wing yang akan
digunakan sebagai pesawat komersial ini jauh lebih besar dari pesawat tempur B-2
Bomber yang pintar menghindari deteksi radar itu. (***)